一種基於電網仿真的多光口數位化電能表校驗系統及方法與流程

2023-06-08 16:43:51 3

本發明涉及一種基於電網仿真的多光口數位化電能表校驗系統及方法，屬於智能電網儀器設備測試領域。

背景技術：

隨著智能電網的發展，數位化變電站的建設數量和規模不斷增大，數位化電能計量技術得到廣泛應用。與傳統電能計量系統相比，數位化電能計量系統誤差環節少、計量二次迴路接線簡單，符合信息化和數位化要求。理想情況下，數位化變電站的全站設備由時鐘系統控制工作步調，所有採樣數據經交換機組網，不同應用設備從交換機獲取所需數據，其中電能計量方案如圖1所示。但是在實際運行中，時常發生同步信號丟失故障，而且交換機傳輸數據存在延時和抖動，嚴重影響了繼電保護裝置正常運行，威脅電網安全穩定運行。因此，q/gdw383-2009《智能變電站技術導則》規定，保護不依賴同步對時。所以，對於變電站繼電保護應用而言，採樣值傳輸均採用點對點方式，跨間隔保護的採樣數據採用插值法實現同步，但電能計量應用仍然採用經交換機組網的方式傳輸數據。當同步信號丟失時，由於採樣數據非同步，電能表計量誤差往往非常大。如圖2為一種典型的內橋接線應用場景，多用於110kv變電站的主接線，測量互感器一般配置母線pt1、母線pt2、線路ct1、線路ct2、內橋ct0，。在圖2中，根據電路理論，高壓側計量點1在計算電能時，電壓取自母線電壓並列，電流為線路ct1和內橋ct0的和電流。顯然，當線路ct1和內橋ct0因採樣同步信號丟失而造成採樣不同步時，計算的和電流會存在誤差。為了應對這種跨間隔計量情況，有文獻報導了一種適用於跨間隔的計量方案，相應的電能表採用多光口數位化電能表。

針對多光口數位化電能表的誤差校驗，國內已經有企業和科研單位做了一些研究，然而存在兩個重要問題尚未解決。一是目前已有文獻公開的校驗方法在理論上不完全正確，使得校驗合格的多光口數位化電能表仍然不能滿足現場應用需求；二是校驗裝置與實際應用場景割裂，校驗方法與實際應用脫節，使得校驗結果說服力不足。

綜上所述，目前符合實際應用要求的多光口數位化電能表校驗系統及方法尚處於空白，有必要提出一種應用場景能夠可視化配置的校驗系統及方法，確保數位化電能表在現場運行時準確可靠。

技術實現要素：

本發明提供了一種基於電網仿真的多光口數位化電能表校驗系統及方法，解決了目前多光口數位化電能表缺乏校驗設備和方法的問題。

為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：一種基於電網仿真的多光口數位化電能表校驗系統，包括上位機、主機、從機、對時系統和數位化電能表校驗儀；

所述上位機根據多光口數位化電能表的具體應用場景配置電網仿真模型和仿真參數，利用電網仿真軟體生成仿真的電壓/電流數字量信號，上位機將仿真的電壓/電流數字量信號通過通信接口發送到主機；

所述主機接收上位機生成的仿真電壓/電流數字量信號和仿真參數，並根據仿真參數對電壓/電流數字量信號進行插值計算，生成電壓/電流採樣值數據，然後通過通信接口發送至從機；

所述從機有4個，包括1個母線電壓從機、2個分電流從機以及1個和電流從機；所述母線電壓從機接收主機發送的母線電壓採樣值數據，所述分電流從機接收主機發送的分電流採樣值數據，所述母線電壓採樣值數據和分電流採樣值數據均轉發到被校多光口數位化電能表；所述和電流從機接收主機發送的母線電壓採樣值數據與和電流採樣值數據，再轉發到數位化電能表校驗儀；

所述對時系統用於同步校驗上位機、主機和從機，使它們工作在同一個時鐘節拍；

所述數位化電能表校驗儀接收和電流從機發送的母線電壓採樣值數據與和電流採樣值數據，計算出計量點的標準電能量；並且，所述數位化電能表校驗儀接收被校多光口數位化電能表的電能脈衝，計算出被校多光口數位化電能表的計量誤差。

前述的上位機在校驗系統工作於ieee1588對時模式時，作為主時鐘下發時刻信息；所述主機和從機在校驗系統工作於ieee1588對時模式時，作為從時鐘跟蹤主時鐘時刻。

前述的主機採用可視化配置方式搭建電網仿真模型，或者採用編程方式搭建電網仿真模型。

前述的通信接口為網口或串口。

前述的插值計算採用高次拉格朗日插值算法。

前述的從機的硬體系統採用fpga作為主控晶片，所述從機控制電壓/電流採樣值數據發送時刻，並且支持模擬實際數據傳輸過程中的各種典型工況；所述典型工況包括丟幀、錯序、採樣值異常或無效。

前述的對時系統採用無線或有線同步方式，同步信號採用pps、irig-b碼或者ieee1588。

基於電網仿真的多光口數位化電能表校驗系統的校驗方法，包括以下步驟：

1），根據被校多光口數位化電能表的具體應用場景，在上位機上配置電網仿真模型和仿真參數；

2），在上位機上運行電網仿真軟體，得到仿真的電壓/電流數字量信號，發送到主機；

3），主機接收到仿真的電壓/電流數字量信號，根據設置的仿真參數，採用插值算法計算得到電壓/電流採樣值數據，發送到從機；

4），從機接收到電壓/電流採樣值數據後，以精確到納秒級的時刻發送至被校多光口數位化電能表和數位化電能表校驗儀；

5），數位化電能表校驗儀計算標準電能量，再根據被校多光口數位化電能表輸出的電能脈衝，計算得到被校多光口數位化電能表的計量誤差。

本發明的有益效果是：

（1）本發明實現了多光口數位化電能表應用場景可視化配置；

（2）本發明真正實現了在非同步採樣情況下測試多光口數位化電能表的計量誤差測試；

（3）本發明計算標準電能所採用的數據源本來就是和電流，提高了校驗結果的可信度。

附圖說明

圖1為採樣數據同步的計量方案結構圖；

圖2為需要跨間隔計量的內橋接線示意圖；

圖3為本發明的多光口數位化電能表誤差校驗系統框圖。

具體實施方式

下面對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。

如2所示，為了計量高壓側計量點1的電能，安裝一塊多光口數位化電能表，根據電路理論，高壓側計量點1在計算電能時，電壓取自母線電壓並列，電流為線路ct1和內橋ct0的和電流。

如圖3所示，本發明的基於電網仿真的多光口數位化電能表校驗系統，包括上位機、主機、4個從機、對時系統、數位化電能表校驗儀。

其中，上位機有兩個作用，一是作為電網仿真軟體的運行平臺，可根據多光口數位化電能表的具體應用場景配置電網仿真模型和仿真參數，仿真參數包括採樣率、各間隔之間的採樣非同步時間、採用何種插值算法等。生成仿真的電壓/電流數字量信號，通過通信接口發送到主機；二是在校驗系統工作於ieee1588對時模式時，作為主時鐘下發時刻信息。電網仿真軟體推薦採用可視化配置方式搭建電網仿真模型，也可採用編程方式。為了保證後續計算採樣值更精確，仿真生成的電壓/電流數字量信號每周波點數應足夠，例如每周波400個點。所述上位機與主機之間的通信方式可以採用網口、串口或者其他方式。

主機接收上位機生成的電壓/電流數字量信號和仿真參數，並根據仿真參數對電壓/電流數字量信號進行重新計算，生成電壓/電流採樣值數據，然後通過網口或串口發送至從機。主機在校驗系統工作於ieee1588對時模式時，作為從時鐘跟蹤主時鐘時刻。

從機有4個，包括1個母線電壓從機、2個分電流從機以及1個和電流從機。母線電壓從機用於接收主機發送的母線電壓採樣值數據，分電流從機用於接收主機發送的分電流採樣值數據，母線電壓採樣值數據和分電流採樣值數據均轉發到被校多光口數位化電能表，採樣值數據的發送時刻被從機精確控制，從機在發送數據時可以模擬實際數據傳輸過程中的各種典型工況，從而實現多個採樣間隔的數據源。和電流從機用於接收主機發送的母線電壓採樣值數據與和電流採樣值數據，再轉發到數位化電能表校驗儀。從機在校驗系統工作於ieee1588對時模式時，作為從時鐘跟蹤主時鐘時刻。從機的硬體系統採用fpga作為主控晶片，可以精確控制數據發送時刻，並且可以模擬實際數據傳輸過程中的各種典型工況，例如丟幀、錯序、採樣值異常或無效等。

以圖2內橋接線為具體應用場景為例，主機根據預先設置的採樣率、不同間隔的採樣非同步時間和選用的插值算法等參數，將上位機生成的電壓/電流數字量信號採用插值算法計算出母線1的電壓採樣值數據，發送到母線電壓從機（#1從機），計算出進線1的電流採樣值數據，發送到#2從機，計算出內橋開關的電流採樣值數據，發送到#3從機，#2從機和#3從機均屬於分電流從機。同時主機還計算出高壓側計量點的電流採樣值數據，發送到和電流從機（#4從機）。為了保證電壓/電流採樣值數據的精確性，應選擇合適的插值算法，例如高次拉格朗日插值算法。所述主機與從機之間的通信方式可以採用網口、串口或者其他方式。

對時系統用於同步校驗系統的上位機、主機和從機，使它們工作在同一個時鐘節拍。同步方式可以採用無線或有線同步方式，同步信號可以採用pps、irig-b碼或者ieee1588等。

數位化電能表校驗儀接收和電流從機發送的母線電壓採樣值數據與和電流採樣值數據，計算出計量點的標準電能量。並且，數位化電能表校驗儀接收被校多光口數位化電能表的電能脈衝，從而計算出被校多光口數位化電能表的計量誤差。

基於電網仿真的多光口數位化電能表校驗系統對多光口數位化電能表進行校驗的方法，包括以下步驟：

步驟一，根據被校多光口數位化電能表的具體應用場景，在上位機上配置電網仿真模型和仿真參數；

步驟二，在上位機上運行電網仿真軟體，得到電壓/電流數字量信號，發送到主機；

步驟三，主機接收到電壓/電流數字量信號，根據設置的仿真參數，採用插值算法計算得到電壓/電流採樣值數據，發送到從機；

步驟四，從機接收到電壓/電流採樣值數據後，以精確到納秒級的時刻發送至被校多光口數位化電能表和數位化電能表校驗儀；

步驟五，數位化電能表校驗儀計算標準電能量，再根據被校多光口數位化電能表輸出的電能脈衝，計算得到被校多光口數位化電能表的計量誤差。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。